Учебно-методический комплекс дисциплины «Климатология и метрология» для специальности 5М060800 «Экология» учебно-методические материалы

1. Причины изменения температуры воздуха

Тепловой режим атмосферы является важнейшей характеристикой климата и определяется прежде всего теплообменом между атмосферным воздухом и окружающей средой. Под окружающей средой понимают космическое пространство, соседние массы или слои воздуха и особенно земную поверхность. Тепловой режим определяется теплообменом, адиабатическими процессами и адвекцией.

Изменение температуры воздуха:

1. 
   в результате теплообмена:
   

• 
  радиационным путем (поглощение и излучение радиации);
  
• 
  нерадиационным путем:
  

фазовые переходы воды;

2. 
   адиабатически (без теплообмена);
   
3. 
   адвекция воздушных масс.
   

Для высоких слоев атмосферы теплообмен с земной поверхностью имеет меньшее значение. Решающая роль в тепловом режиме в высоких слоях переходит к излучению из воздуха и поглощению радиации Солнца и атмосферных слоев, лежащих выше и ниже рассматриваемого слоя. В высоких слоях атмосферы возрастает и значение адиабатических изменений температуры при восходящих и нисходящих движениях воздуха.

Сухой или ненасыщенный водой воздух, поднимаясь, охлаждается почти на 1° (0,98°) на каждые 100 м подъема (сухоадиабатический градиент). Воздух, насыщенный водой, охлаждается при подъеме на 100 м менее чем на 1°, т.к. в нем происходит конденсация, сопровождающаяся выделением энергии. Величина охлаждения насыщенного воздуха при его подъеме на 100 м (влажноадиабатический градиент) изменяется в значительный пределах (от 0,27 до 0,94°) и зависит от температуры воздуха и от его давления.

Зависимость влажноадиабатического градиента (ВАГ) от температуры воздуха и давления:

1. 
   чем больше температура воздуха, тем больше паров воды он может содержать и тем больше тепла выделяется при его конденсации. Поэтому ВАГ в теплом воздухе меньше, чем в холодном.
   
2. 
   чем меньше давление воздуха, тем меньше его плотность и, следовательно, освободившаяся теплота идет на нагревание меньшего количества воздуха (массы). Поэтому ВАГ с уменьшением давления также уменьшается.
   

Поднимающийся насыщенный воздух обычно теряет влагу в процессе выпадения осадков и становится ненасыщенным. При опускании он будет нагреваться на 1° на 100 м. В результате понижение температуры при подъеме окажется меньше, чем ее повышение при опускании. Поднявшийся, а затем опустившийся воздух на одном и том же уровне при одном и том же давлении будет иметь разную температуру: конечная температура будет больше начальной. Такой процесс называется псевдоадиабатическим.

Различают индивидуальные и локальные (местные) изменения температуры. Индивидуальными называют изменения температуры, происходящие в определенном количестве воздуха, сохраняющего свою целостность в процессе движения. Эти изменения происходят вследствие указанных выше процессов. Они характеризуют изменения теплового состояния данного количества воздуха.

Локальными называют изменения температуры в некоторой точке внутри атмосферы с зафиксированными географическими координатами и с неизменной высотой над уровнем моря. Любую метеорологическую станцию, не меняющую своего положения на земной поверхности, можно рассматривать в качестве такой точки. Температура в этой точке будет меняться не только в силу указанных индивидуальных изменений теплового состояния воздуха, но и вследствие непрерывной смены воздуха в данном месте, т.е. прихода воздуха из других мест атмосферы, где он имеет другую температуру.

Таким образом, локальное изменение температуры в зафиксированной географической точке зависит от индивидуальных изменений состояния воздуха и от адвекции воздуха иной температуры. Метеорологические приборы – термометры и термографы, неподвижно помещенные в том или ином месте, регистрируют именно локальные изменения температуры воздуха. Термометр на воздушном шаре, летящем по ветру и, следовательно, остающемся в одной и той же массе воздуха, показывает индивидуальное изменение температуры в этой массе.